Устройство для измерения температуры расплава в печи

 

Изобретение относится к пирометрии и может быть, использовано для измерений температуры расплавов в печах в металлургическом , литейном, стекольном и других производствах. Целью изобретения является повышение точности измерений и упрощение конструкции. Предлагаемое устройство для измерений температуры в печах , содержащее стационарно установленный в смещающейся футеровке печи армированный огнеупорный светопрозрачный элемент, пирометрический преобразователь и рубашку охлаждения, дополнительно снабжено направляющей втулкой, тонкостенной визирной трубкой с термоизоляционным узлом, термостатирующим конусом с рубашкой охлаждения, уплотняющей шайбой, выполненной из гибкого огнеупорного материала, и защитной диафрагмой. При С/

союз советских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ .РЕСПУБЛИК (я)з G 01 N 5/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4834608/02 (22) 02.03.90 (46) 15.05.92. Бюл. N. 18 (71) Институт проблем литья АН УССР (72) Л.Ф.Жуков, В.Г.Дурицкий, В.И.Московка, С.В.Кучеренко и В.А.Пашкевич (53) 669.183.21:536.5.62 (088.8) (56) Патент США ¹ 3570277, кл. 73-355, 1971.

Патент ФРГ N 2204043, кл. 6 01 К 1/16, 1972.

Патент Великобритании N. 1522610, кл. G 01 К1/16, 1978.

Авторское свидетельство .СССР

¹ 1203531, кл, F 27 D 19/00, 1984, Патент США ¹ 4408771, кл. G 01 К 1/12, 1984. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ РАСПЛАВА В ПЕЧИ

„„ЯЦ„„1733970А1 (57) Изобретение относится к пирометрии и может быть, использовано для измерений температуры расплавов в печах в металлургическом, литейном, стекольном и других производствах. Целью изобретения является повышение точности измерений и упрощение конструкции. Предлагаемое устройство для измерений температуры в печах, содержащее стационарно установленный в смещающейся футеровке печи армированный огнеупорный светопрозрач-. ный элемент, пирометрический преобразователь и рубашку охлаждения, дополнительно снабжено направляющей втулкой, тонкостенной визирной трубкой с термоизоляционным узлом, термостатирующим конусом с рубашкой охлаждения, уплотняющей шайбой, выполненной из гибкого огнеупорного материала, и защитной диафрагмой. При

1733970

30

40 этом длина контактирующей с футеровкой части цельного светопрозрачного элемента, образующего в футеровке "окно", равна толщине внутреннего смещающегося слоя футеровки, а длина размещенного в оставшейся наружной части футеровки термостатирующего конуса равна ее толщине. Направляющая. втулка установлена на наружном конце светопрозрачного элемента и соединена с выполненной из одинакового материала внутренней частью визирной трубки, в наружной части

Изобретение относится к пирометрии и может быть использовано для измерений температуры расплавов в печах в металлургическом, литейном, стекольном и других производствах.

Цель изобретения —.повышение точности измерений и упрощение конструкции.

Сущность изобретения поясняется на фиг, 1-3, В футеровке 1 печи стационарно установлен армированный огнеупорный светопрозрачный элемент 2, предназначенный для передачи излучения термометрируемой среды 3 на пирометрический преобразователь 4. Во избежание разрушения элемента 2 длина его части, контактирующей с футеровкой 1, равна толщине внутреннего максимально смещающегося ее слоя, Остальная часть элемента 2 находится в плоскости термостатирующего конуса 5, снабженного рубашкой охлаждения. Меньшее основание конуса 5 отделено от футеровки 1 шайбой 6, выполненной из гибкого огнеупорного материала, например асбестового картона. Эта шайба, находясь на границе максимально смещающегося слоя футеровки, деформируясь, предохраняет элемент 2 от разрушения, На наружном конце светопрозрачного элемента 2 закреплена направляющая втулка 7, на которой при помощи резьбового соединения закрепле. на визирная трубка 8. Визирная трубка состоит иэ двух частей, выполненных из одного материала, соединенных термоизоляционным узлом 9 для уменьшения теплопередачи от элемента 2 к пирометрическому преобразователю. Наружная часть визирной трубки служит для установки пирометрическото. преобразователя и снабжена отверстиями для улучшения конвективного теплоотвода от преобразователя. Для обеспечения номинального рабочего расстояния для пирометрического которой, отделенной от внутренней термоизоляционным узлом, установлен пирометрический преобразователь. При этом все элементы устройства размещены на одной горизонтальной или наклонной оси так, что пирометрический преобразователь расположен ниже светопрозрачного элемента, а в наружной части визирной трубки направляющей втулки и кожуха печи в зоне термостатирующего конуса выполнены отверстия. 2 з.п.ф-лы, 3 ил. преобразователя длина визирной трубки равна уменьшенной на длину светопрозрачного элемента сумме номинального рабочего расстояния и длины преобразователя тр=-Ip+tn le (фиг.1)

Диаметры входного отверстия термостатирующего конуса, защитной диафрагмы и внутренней трубки рубашки охлаждения равны диаметрам направляющей втулки и визирной трубки, увеличенным на удвоенное их максимальное смещение за счет параллельного и углового смещений светопрозрачного элемента. При заданном соотношении диаметров входного отверстия термостатирующего конуса, защитной диафрагмы и внутренней трубы рубашки охлаждения обеспечивается свободное перемещение светопрозрачного элемента с визирной трубкой в термостатирующем конусе и рубашке охлаждения при смещениях футеровки и, следовательно, исключается составляющая погрешности измерений за счет нарушения визирования пирометрического преобразователя на иммерсионный торец светопрозрачного элемента. Визирная трубка и направляющая втулка выполнены такими, что при их сочленении геометрическая ось элемента и оптическая ось преобразователя совмещены. За счет этого на пирометрической преобразователь передается излучение только контактирующего с термометрируемой средой торца элемента 2, что позволяет исключить погрешность, возникающую вследствие передачи на приемник излучения пирометрического преобразователя излучения боковой поверхности элемента 2. Визирующая трубка и пирометрический преобразователь размещены в полости рубашки 10 охлаждения, предусмотренной для защиты

его от механических повреждений для отвода тепла от пирометрического преобразователя.

1733970

Внутренний диаметр внутренней трубы рубашки охлаждения позволяет визирующей трубке перемещаться без касания внутренней поверхности рубашки охлаждения. 50

Эти перемещения (параллельные и угловые) возникают за счет изменения положения светоп роводя щего элемента .относител ьно первоначального при спекании футеровки в процессе ее эксплуатации. 55

Полости конуса и рубашки разделены защитной диафрагмой, предусмотренной в качестве теплового экрана, т.е. способствующей термостатированию части светопроводящего элемента, находящегося в полости конуса, а также снижающей теплоотвод в полость рубашки охлаждения, Пример 1, Пусть светопрозрачный. элемент выполнен в виде стержня из кварца. Между стержнем и пирометрическим 5 преобразователем находится воздушная среда. Показатель преломления кварца в спектральном диапазоне А= 0,59 мкм пирометрии излучения составляет n21 = 1,5. Длина стержня светопрозрачного элемента 1в = 10

200 мм, рабочее расстояние между преобразователем и излучающим торцом стержня I p

=400 мм. Диаметры входного зрачка и входного люка преобразователя ПЧД вЂ” 121, Гр.Дà — 17 составляют: d>.а. = 10 мм; бв.л. = 18 мм, угол поля зрения для преобразователя а

=20

Тогда диаметр светопрозрачного элемента согласно предлагаемой формуле 20 к(1

«tg2 — 12 =9 мм.

1 25 — — д — — )l

+ в.з )2 2

С1в.л

Поле зрения пирометрического преобразователя определяется исключительно характеристиками оптической схемы преобразователя и задается как одна из основных

30 технических характеристик.

Расчетное значение диаметра светопрозрачного элемента из сапфира, установ) )" ленного в контакте с промежуточной средой из стержня одинакового материала (сапфир

35 согласно примеру 3) не превышает 9 мм, Однако, если имеется промежуточная .среда с различными показателями преломления, необходимо увеличить диаметр светопрозрачного элемента, чтобы он был

40 значительно большего диаметра и его излучающий торец перекрывал поле зрения пирометра. Например, при n21 < 1 согласно пРимеРУ 2, dc = 22 мм и пРи п21 > 1 согласно

45 примеру 1 dc=25 мм.

Пример 4. Для светопрозрачного

x(1

dc=2(1+ ") (Ip — Ic °

С1 в.л.

«tg cd — d в з. = 2 (1 + — ) (400 — 200 х

18 (1,5 +(1;5 +1) (1+18) tg 2

«tg2 — 10 =25 мм, о

Пример 2. Для светопрозрачного элемента из кварца, когда между пирометрическим преобразователем и элементом находится стержень, например, иэ сапфира с показателем преломления и = 1,7, показатель преломления в том же спектральном диапазоне пкв. 1,5 п21= — = =089. псапф. 1,7

Тогда при длине светопрозрачного элемента Ic = 180 мм и установленном на рабочем расстоянии от излучающего торца стержня Ip = 350 мм преобразователе ПЧД-121, Гр,Дà — 13.с параметрами d>.а, = 12 мм; ба в, = 16 мм; в = 2 (фиг.2) диаметр светопрозрачного элемента согласно предлагаемой формуле

dc = 2 (1+ — ) (360 — 180к

12

1.89 +(1,89 +1) (1+у) 19 2

«tg 2 -12=22 мм.

Пример 3, Для светопрозрачного элемента, например, из сапфира, когда между преобразователем и излучающим торцом элемента находи ся стержень из одинакового материала — сапфира, показатель преломления в том же спектре спектральном диапазоне п21=1,7/1,7 = 1.

Тогда при длине светопрозрачного элемента Ic = 180 мм и установленном на рабочем расстоянии от..излучающего торца стержня 1р = 360 мм преобразователе ПЧД121, Гр,Дà — 13 с параметрами бв.>.=12 мм;

ds. = 16 мм; = 2 диаметр светопрозрачного элемента согласно предлагаемой формуле

dc = 2 (1+ — ) (360 — 180х

12

16 к(1

1,0 + (1,0 + 1 ) (1 + — ) tg г элемента, выполненного из двулучепреломляющего кристалла, диаметр стержня уве1733970 личивают на величину а, рассчитываемую следующим образом. На фиг. 3 изображен ход лучей в двулучепреломляющем кристалле, у которого no > ne (показатели преломления двулучепреломляющего кристалла для обыкновенных и необыкновенных лучей), Плоскость чертежа (фиг.3) совпадает с плоскостью главного сечения кристалла, поэтому проекция волновой поверхности состоит из круга радиусом 1/по и эллипса с осями

1/пе и 1/пр, описываемого уравнением

Ilo x2+ney =1. Точка касания этих кривых ле2 2 жит на оси кристалла ОХ, составляющего с осью световода 00 угол а. Так как необыкновенный луч проходит через точку Й касания эллипса, то его положение определяется углами, т,е., определив его из совместого решения уравнений эллипса и касательной фронта необыкновенной вал(Пе по Я

2 2 ны ка как tg ууаа -" — — т лааукают

IloIg G + tlå искомую величину

2 2

4 2 2 2 мм

Il lg2 + П2 где Q угол оптической ориентации двулучепреломляющего кристалла, При !е = 200 мм, пе = 0,9, по=0,65, а = 30

=47,2 мм.

0,6520,582 + 0,92

Формула изобретения

1. Устройство для измерения температуры расплава в печи„содержащее стационарно установленный в футеровке печи армированный огнеупорный светопрозрачный элемент, пирометрический преобразователь и рубашку охлаждения, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерений и упрощения конструкции, оно дополнительно снабжено направляющей втулкой, тонкостенной визирной трубкой с термоизоляционным узлом, тер. мостатирующим конусом с рубашкой охлаждения, уплотняющей шайбой, выполненной из гибкого огнеупорного материала, и защитной диафрагмой, при этом длина контактирующей с футеровкой части цельного . светопрозрачного элемента, образующего в футеровке окно, равна толщине внутреннего максимально смещающегося слоя футеровки, а длина размещенного в оставшейся наружной части футеровки термостатирующего конуса равна ее толщине, направляющая втулка установлена на наружном конце светопрозрачного элемента и соединена с выполненной из одинакового материала внутренней частью визирной трубки, в наружной части которой, отделенной от внутренней термоизоляционным узлом, установлен пираметрический преобразава5 тель, причем все элементы устройства размещены на одной горизонтальной или наклонной оси так, что пираметрический преобразователь расположен ниже светопрозрачного элемента, а в наружной части

10 визирной трубки, направляющей втулки и кожуха печи в зоне термостатирующего конуса выполнены отверстия.

2. Устройство по п,1, отл и ч а ю щ е ес я тем, что диаметр dc светопрозрачного

15 элемента, выполненного из материала, показатель преломления которого относительна промежуточной среды равен пг > 1 и n2l

< 1, рассчитывается па формуле

20 . dc=2(1+d ) (IP Iñ, " (1 «- - - -----.- — - -, ) )»

nfl +(nfl +1)(1+ —" ) тц в

de.л

25 « щ га — ав.з, где бв.в. — диаметр входного зрачка преобразователя,мм;

d4.ë, — диаметр входного люка преобразователя, мм; ! р — расстояние ат иммерсиан наго торца светопрозрачного элемента да входного зрачка преобразователя, мм;

tc — длина светопрозрачного элемента. мм; пг1 — показатель преломления светопрозрачного элемента относительно промежуточной среды;

2N — угол поля зрения, град.

3. Устройство по п,1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что диаметр светопрозрачного элемента, выполненного из двулучепреломляющего кристалла, оптическая ась которого не совпадает с геометрической осью элемента, рассчитывается большим на величи45 г

Арtg2 ó + n2å где IC — длина светопрозрачного элемента, 50

no — показатель преломления лучепреломляющего кристалла (для обыкновенных лучей); . пе — показатель преломления двулучеп55 реломляющего кристалла (для необыкновенных лучей); а- угол оптической ориентации двулучеп реломля ющего кристалла, град.

1733970

Составитель А.Абросимов

Техред М.Моргентал Корректор Н.ГУнько

Редактор А.Огар

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 4450 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5